CN111001805A - 一种3d打印生产线金属粉末自动添加系统 - Google Patents

一种3d打印生产线金属粉末自动添加系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，包括水平地面，水平地面上设置有数个按方阵排列的3D打印机，每个3D打印机顶部均设置有打印机储粉筒，水平地面两侧垂直相对设置有两个支板，两个支板本体相对设置有第一滑轨，两个第一滑轨之间垂直设置有架组件，架组件上安装有中转粉筒，至少其中一个支板侧面设置有储粉筒，储粉筒位于同侧的第一滑轨上方，且与第一滑轨之间设置有间隙，中转粉筒沿第一滑轨与储粉筒对接，中转粉筒沿架组件与打印机储粉筒对接。本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，解决了现有的人工加粉操作不便、效率低；送粉管道加粉占用空间大、易堵塞的问题。

Description

一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统。
背景技术
3D打印是一种快速成型技术。以数字模型文件为基础，由计算机辅助设计生成零件的分层数据并导入成形设备，通过激光器逐层烧结粉末状材料从而实现零件的成型。在进行3D打印的过程，粉末材料的量不足会直接导致零件打印失败。随着3D打印零件的加工尺寸逐步加大，其制造周期也越来越长，然而3D打印设备内部只能储存部分粉末材料，故在打印过程中必须给设备添加粉末材料。
目前，给3D打印生产线添加金属粉末的方式主要分为人工加粉和送粉管道加粉。但两种方式都存在一些缺陷：(1)人工加粉，3D打印机内储存粉末材料的位置较高，人工加粉操作不方便；而且金属粉末在裸露环境中容易扬尘，污染环境；若多台3D打印设备同时工作，所需粉量较大时，人工添加效率低、劳动强度大。(2)送粉管道加粉，需铺设布局复杂的管网，空间占用大；若所铺设管路细则容易发生堵塞，若铺设管路粗则成本增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，解决了现有的人工加粉操作不便、效率低；送粉管道加粉占用空间大、易堵塞的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，包括水平地面，水平地面上设置有数个按方阵排列的3D打印机，每个3D打印机顶部均设置有打印机储粉筒，水平地面垂直且相对设置有两个支板，两个支板本体相对设置有两个第一滑轨，两个第一滑轨之间垂直设置有架组件，架组件上安装有中转粉筒，至少其中一个支板侧面设置有储粉筒，储粉筒位于同侧的第一滑轨上方，且与第一滑轨之间设置有间隙，中转粉筒沿第一滑轨与储粉筒对接，中转粉筒沿架组件与打印机储粉筒对接。
本发明的特点还在于：
架组件包括架体，架体的两端均设置有与第一滑轨相匹配的第一滑块，架体两端分别卡设在两个第一滑轨上，架体本体设置有矩形空心槽，空心槽的两侧顶部相对设置有两条第二滑轨，第二滑轨与第一滑轨相垂直，两个第二滑轨之间卡设中转粉筒，中转粉筒两侧设置有与第二滑轨相匹配的第二滑块，中转粉筒与第二滑轨为滑动连接。
第一滑块、第二滑块的横截面均为倒U型。
储粉筒底部垂直设置有储粉筒管段，储粉筒管段本体垂直设置有球阀；储粉筒顶部设置有进粉口，储粉筒顶部设置有与进粉口相匹配的盖，盖安装在进粉口。
中转粉筒顶部垂直设置有第一连接管段，第一连接管段的两端分别设置有第一板，两个第一板本体设置有与第一连接管段的管口相匹配的开口，两个第一板分别位于中转粉筒外侧和内侧，中转粉筒顶部沿第一连接管段的周向均匀设置有至少两个升降机，两个升降机的活动端均与位于中转粉筒外侧的第一板连接，第一连接管段本体垂直设置有球阀；第一连接管段与中转粉筒为滑动连接；
中转粉筒底部垂直设置有中转粉筒管段，中转粉筒管段本体垂直设置有球阀。
打印机储粉筒顶部垂直设置有第二连接管段，第二连接管段的两端分别设置有第二板，两个第二板本体设置有与第二连接管段的管口相匹配的开口，两个第二板分别位于打印机储粉筒外侧和内侧，打印机储粉筒顶部沿第二连接管段的周向均匀设置有至少两个升降机，两个升降机的活动端均与位于打印机储粉筒外侧的第二板连接，第二连接管段本体垂直设置有球阀；第二连接管段与打印机储粉筒为滑动连接。
球阀、升降机分别连接有控制器。
靠近储粉筒顶部、底部的本体分别设置有物位计；靠近中转粉筒顶部、底部的本体分别设置有物位计；靠近打印机储粉筒顶部、底部的本体分别设置有物位计；物位计与控制器相连接。
储粉筒、中转粉筒、打印机储粉筒内均填充有惰性气体。
靠近储粉筒底部的本体内设置有搅拌组件，搅拌组件包括主轴，主轴平行于储粉筒底部，储粉筒的筒壁内设置有与主轴相匹配的轴承座，主轴通过轴承座连接有联轴器，联轴器的另一端连接有伺服电机的轴端；
主轴平行于储粉筒底部的径向均匀设置有至少5个螺杆孔a，主轴垂直于储粉筒底部的径向均匀设置有至少5个螺杆孔b，螺杆孔a和螺杆孔b间隔设置，螺杆孔a和螺杆孔b结构相同，螺杆孔a和螺杆孔b内均设置有与之相匹配的小型螺杆，小型螺杆的两端均伸出主轴。
本发明的有益效果是：
本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，结构简单、稳定性好、成本低；本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，全程自动化操作，提高了加粉效率，降低了劳动强度，且整个过程在密闭环境下进行，避免了金属粉末长时间裸露在环境中造成污染；本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，使用的管路较少，空间占用率小，解决了加粉过程中管路堵塞、成本高的问题。
附图说明
图1是本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统的结构示意图；
图2是本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统中架组件的安装示意图；
图3是本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统中中转粉筒与打印机储粉筒相连接的结构示意图；
图4是本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统中搅拌组件的结构示意图。
图中，1. 3D打印机，2.第一滑轨，3.架组件，3-1.架体，3-2.第一滑块，3-3.第二滑轨，3-4.第二滑块，4.储粉筒，5.中转粉筒，6.打印机储粉筒，7.支板，8.水平地面，9.第一连接管段，10.升降机，12.球阀，13.物位计，14.搅拌组件，14-1.主轴，14-2.轴承座，14-3.小型螺杆，14-4.联轴器，14-5.伺服电机，15.第二连接管段，16.中转粉筒管段，17.储粉筒管段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，如图1所示，包括水平地面8，水平地面8上设置有数个按方阵排列的3D打印机1，每个3D打印机1顶部均设置有打印机储粉筒6，水平地面8垂直且相对设置有两个支板7，两个支板7本体相对设置有两个第一滑轨2，两个第一滑轨2之间垂直设置有架组件3，架组件3上安装有中转粉筒5，至少其中一个支板7侧面设置有储粉筒4，储粉筒4位于同侧的第一滑轨2上方，且与第一滑轨2之间设置有间隙，中转粉筒5沿第一滑轨2与储粉筒4对接，中转粉筒5沿架组件3与打印机储粉筒6对接。其中，储粉筒4、中转粉筒5、打印机储粉筒6内均填充有惰性气体；主要是防止金属粉末在激光照射的高温中氧化，降低打印件的强度。
两个支板分别安装有驱动机构，驱动机构包括电机，电机连接有控制器，电机的轴端通过联轴器连接有减速机，减速机的另一端连接有同步带轮，同步带轮上安装有同步带，同步带是环形开口，同步带的开口两端分别连接在第一滑轨2上的第一滑块3-2的两侧，通过电机的正反转来带动同步带拉动第一滑块3-2，从而带动架组件及中转粉筒5实现X轴的往复运动。
架组件的两侧也安装有驱动机构，驱动机构包括电机，电机连接有控制器，电机的轴端通过联轴器连接有减速机，减速机的另一端连接有同步带轮，同步带轮上安装有同步带，同步带是环形开口，同步带的开口两端分别连接在第二滑轨3-3上的第二滑块3-4的两侧，通过电机的正反转来带动同步带拉动第二滑块3-4，从而带动架组件及中转粉筒5实现Y轴的往复运动。
如图2所示，架组件3包括架体3-1，架体3-1的两端均设置有与第一滑轨2相匹配的第一滑块3-2，架体3-1两端分别卡设在两个第一滑轨2上，架体3-1本体设置有矩形空心槽，空心槽的两侧顶部相对设置有两条第二滑轨3-3，第二滑轨3-3与第一滑轨2相垂直，两个第二滑轨3-3之间卡设中转粉筒5，中转粉筒5两侧设置有与第二滑轨3-3相匹配的第二滑块3-4，中转粉筒5与第二滑轨3-3为滑动连接。其中，第一滑块3-2、第二滑块3-4的横截面均为倒U型。
储粉筒4底部垂直设置有储粉筒管段17，储粉筒管段17的端部设置有板a，板a本体设置有与储粉筒管段17的管口相匹配的开口，储粉筒管段17本体垂直设置有球阀12；储粉筒4顶部设置有进粉口，储粉筒4顶部设置有与进粉口相匹配的盖，盖安装在进粉口。其中，球阀12连接有控制器。
如图3所示，中转粉筒5顶部垂直设置有第一连接管段9，第一连接管段9的两端分别设置有第一板，两个第一板本体设置有与第一连接管段9的管口相匹配的开口，两个第一板分别位于中转粉筒5外侧和内侧，中转粉筒5顶部沿第一连接管段9的周向均匀设置有至少两个升降机10，两个升降机10的活动端均与位于中转粉筒5外侧的第一板连接，第一连接管段9本体垂直设置有球阀12；第一连接管段9与中转粉筒5为滑动连接；
中转粉筒5底部垂直设置有中转粉筒管段16，中转粉筒管段16的端部设置有板b，板b本体设置有与中转粉筒管段16的管口相匹配的开口，中转粉筒管段16本体垂直设置有球阀12。其中，球阀12、升降机10分别连接有控制器。
打印机储粉筒6顶部垂直设置有第二连接管段15，第二连接管段15的两端分别设置有第二板，两个第二板本体设置有与第二连接管段15的管口相匹配的开口，两个第二板分别位于打印机储粉筒6外侧和内侧，打印机储粉筒6顶部沿第二连接管段15的周向均匀设置有至少两个升降机10，两个升降机10的活动端均与位于打印机储粉筒6外侧的第二板连接，第二连接管段15本体垂直设置有球阀12；第二连接管段15与打印机储粉筒6为滑动连接。其中，球阀12、升降机10分别连接有控制器。
板a、板b、第一板和第二板的结构相同。
靠近储粉筒4顶部、底部的本体分别设置有物位计13；靠近中转粉筒5顶部、底部的本体分别设置有物位计13；靠近打印机储粉筒6顶部、底部的本体分别设置有物位计13；物位计13与控制器相连接。
如图4所示，靠近储粉筒4底部的本体内设置有搅拌组件14，搅拌组件14包括主轴14-1，主轴14-1平行于储粉筒4底部，储粉筒4的筒壁内设置有与主轴14-1相匹配的轴承座14-2，主轴14-1通过轴承座14-2连接有联轴器14-4，联轴器14-4的另一端连接有伺服电机14-5的轴端；
主轴14-1平行于储粉筒4底部的径向均匀设置有至少5个螺杆孔a，主轴14-1垂直于储粉筒4底部的径向均匀设置有至少5个螺杆孔b，螺杆孔a和螺杆孔b间隔设置，螺杆孔a和螺杆孔b结构相同，螺杆孔a和螺杆孔b内均设置有与之相匹配的小型螺杆14-3，小型螺杆14-3的两端均伸出主轴14-1。
打印机储粉筒6、中转粉筒5内也均设置有搅拌组件14，与储粉筒4内的搅拌组件14的不同在于：主轴14-1平行于打印机储粉筒6底部，打印机储粉筒6的筒壁内设置有与主轴14-1相匹配的轴承座14-2；
主轴14-1平行于中转粉筒5底部，中转粉筒5的筒壁内设置有与主轴14-1相匹配的轴承座14-2。
本发明一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其工作原理如下：
首先，在储粉筒4、中转粉筒5、打印机储粉筒6内分别填充满3D打印用金属粉末，再将3D打印机1按方阵排列在水平地面8上，启动3D打印机1进行打印作业，当打印机储粉筒6的物位计13感应到金属粉末量不足时，信号反馈给控制器，控制器控制中转粉筒5沿着第二滑轨3-3进行Y方向的滑动，结合其沿着第一滑轨2的X方向滑动到达缺少3D打印用金属粉末的打印机储粉筒6顶部，当中转粉筒5底部的中转粉筒管段16与打印机储粉筒6的第二连接管段15正相对时，控制器控制升降机10将第二连接管段15与中转粉筒管段16密封对接，完成Z方向的动作，此时中转粉筒5和打印机储粉筒6的球阀12打开，中转粉筒5内的3D打印用金属粉末流向打印机储粉筒6内，当打印机储粉筒6的物位计13感应到金属粉末量足够时，信号反馈给控制器，此时控制器控制打印机储粉筒6和中转粉筒5的球阀12关闭，升降机10将第二连接管段15收缩至打印机储粉筒6顶部；
当中转粉筒5底部的物位计13感应到其内金属粉末量不足时，控制器控制中转粉筒5沿着第二滑轨3-3进行Y方向的滑动，直至靠近第一滑轨2，再沿着第一滑轨2进行X方向的滑动，直至靠近储粉筒4底部，当储粉筒4的储粉筒管段17与中转粉筒5的顶部的第一连接管段9正相对时，控制升降机10将第一连接管段9与储粉筒管段17进行密封对接，完成Z方向的动作，此时储粉筒4和中转粉筒5的球阀12打开，储粉筒4内的3D打印用金属粉末流向中转粉筒5内，当中转粉筒5的物位计13感应到金属粉末量足够时，此时储粉筒4和中转粉筒5的球阀12关闭，升降机10将第一连接管段9收缩至中转粉筒5顶部，同时中转粉筒5依次沿着第一滑轨2、第二滑轨3-3移动到缺少3D打印用金属粉末的打印机储粉筒6顶部，进行供粉动作。
以储粉筒4为例，当储粉筒管段17与第一连接管段9完成对接，储粉筒4底部和中转粉筒5顶部的球阀12打开后，3D打印用金属粉末由储粉筒4流向中转粉筒5，由于储粉筒4采用漏斗式结构，金属粉末在锥面堆积，容积相互挤压，形成拱桥形粉层，导致粉末无法自由下落，此时搅拌组件14在伺服电机14-5的驱动下使主轴14-1上的小型螺杆14-3对金属粉末进行搅拌，打破拱桥形粉层，从而使金属粉末自由下落。

Claims (10)

1.一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，包括水平地面(8)，所述水平地面(8)上设置有数个按方阵排列的3D打印机(1)，每个所述3D打印机(1)顶部均设置有打印机储粉筒(6)，所述水平地面(8)垂直且相对设置有两个支板(7)，两个所述支板(7)本体相对设置有两个第一滑轨(2)，两个所述第一滑轨(2)之间垂直设置有架组件(3)，所述架组件(3)上安装有中转粉筒(5)，至少其中一个所述支板(7)侧面设置有储粉筒(4)，所述储粉筒(4)位于同侧的第一滑轨(2)上方，且与第一滑轨(2)之间设置有间隙，所述中转粉筒(5)沿第一滑轨(2)与储粉筒(4)对接，所述中转粉筒(5)沿架组件(3)对接有打印机储粉筒(6)。
2.如权利要求1所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述架组件(3)包括架体(3-1)，所述架体(3-1)的两端均设置有与第一滑轨(2)相匹配的第一滑块(3-2)，所述架体(3-1)两端分别卡设在两个第一滑轨(2)上，所述架体(3-1)本体设置有矩形空心槽，所述空心槽的两侧顶部相对设置有两条第二滑轨(3-3)，所述第二滑轨(3-3)与第一滑轨(2)相垂直，两个所述第二滑轨(3-3)之间卡设中转粉筒(5)，所述中转粉筒(5)两侧设置有与第二滑轨(3-3)相匹配的第二滑块(3-4)，所述中转粉筒(5)与第二滑轨(3-3)为滑动连接。
3.如权利要求2所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述第一滑块(3-2)、第二滑块(3-4)的横截面均为倒U型。
4.如权利要求1所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述储粉筒(4)底部垂直设置有储粉筒管段(17)，所述储粉筒管段(17)本体垂直设置有球阀(12)；所述储粉筒(4)顶部设置有进粉口，所述储粉筒(4)顶部设置有与进粉口相匹配的盖，所述盖安装在进粉口。
5.如权利要求4所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述中转粉筒(5)顶部垂直设置有第一连接管段(9)，所述第一连接管段(9)的两端分别设置有第一板，两个所述第一板本体设置有与第一连接管段(9)的管口相匹配的开口，两个所述第一板分别位于中转粉筒(5)外侧和内侧，所述中转粉筒(5)顶部沿第一连接管段(9)的周向均匀设置有至少两个升降机(10)，两个所述升降机(10)的活动端均与位于中转粉筒(5)外侧的第一板连接，所述第一连接管段(9)本体垂直设置有球阀(12)；所述第一连接管段(9)与中转粉筒(5)为滑动连接；
中转粉筒(5)底部垂直设置有中转粉筒管段(16)，所述中转粉筒管段(16)本体垂直设置有球阀(12)。
6.如权利要求5所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述打印机储粉筒(6)顶部垂直设置有第二连接管段(15)，所述第二连接管段(15)的两端分别设置有第二板，两个所述第二板本体设置有与第二连接管段(15)的管口相匹配的开口，两个所述第二板分别位于打印机储粉筒(6)外侧和内侧，所述打印机储粉筒(6)顶部沿第二连接管段(15)的周向均匀设置有至少两个升降机(10)，两个所述升降机(10)的活动端均与位于打印机储粉筒(6)外侧的第二板连接，所述第二连接管段(15)本体垂直设置有球阀(12)；所述第二连接管段(15)与打印机储粉筒(6)为滑动连接。
7.如权利要求6所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述球阀(12)、升降机(10)分别连接有控制器。
8.如权利要求7所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，靠近所述储粉筒(4)顶部、底部的本体分别设置有物位计(13)；靠近所述中转粉筒(5)顶部、底部的本体分别设置有物位计(13)；靠近所述打印机储粉筒(6)顶部、底部的本体分别设置有物位计(13)；所述物位计(13)与控制器相连接。
9.如权利要求1所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，所述储粉筒(4)、中转粉筒(5)、打印机储粉筒(6)内均填充有惰性气体。
10.如权利要求1所述的一种3D打印生产线金属粉末自动添加系统，其特征在于，靠近所述储粉筒(4)底部的本体内设置有搅拌组件(14)，所述搅拌组件(14)包括主轴(14-1)，所述主轴(14-1)平行于储粉筒(4)底部，所述储粉筒(4)的筒壁内设置有与主轴(14-1)相匹配的轴承座(14-2)，所述主轴(14-1)通过轴承座(14-2)连接有联轴器(14-4)，所述联轴器(14-4)的另一端连接有伺服电机(14-5)的轴端；
所述主轴(14-1)平行于储粉筒(4)底部的径向均匀设置有至少5个螺杆孔a，所述主轴(14-1)垂直于储粉筒(4)底部的径向均匀设置有至少5个螺杆孔b，所述螺杆孔a和螺杆孔b间隔设置，所述螺杆孔a和螺杆孔b结构相同，所述螺杆孔a和螺杆孔b内均设置有与之相匹配的小型螺杆(14-3)，所述小型螺杆(14-3)的两端均伸出主轴(14-1)。
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